Конвейерное устройство для вычисления элементарных функций

Союз СоветскихСоциалистическихреспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 и 888132М(22) Заявлено 2 1,01,80(21) 2911475/18-24с присоединением заявки Рйпо делам изобретений и открытий(53) УДК 681, , 3(088,8) Дата опубликования описания 10. 12.81(72) Авторы изобретения ЬА, А. Мельник и Н. В. Черкасс й,. йту"гУ.; Львовский ордена Ленина политехническ(54) КОНВЕЙЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ФУНКЦИЙУстройство относится к вычислительной технике и предназначено аля использования в высокоскоростных вычислительных устройствах, обрабатывающих большие массивы данных.Известное устройство аля вычисленияэлементарных функций 1, содержащее семь сумматоров, три регистра числа, регистр аргументарегистр остатка,два блока округления, тринапцать эжментов И два блока умножения, семьэлементов ИЛИ, восемь блоков сравнения и. четыре счетчика. Работа устройства выполняется в виде последовательности итераций, причем в каждой итерации выполняется несколько умножений.Недостатком устройства являетсянизкое быстродействие,Наиболее близок к предлагаемомуцифровой генератор функций (,21, содержащий три блока памяти, многоразрядныйкомбинационный сумматор, блок умножения, два коммутатора, блок управления и четыре регистра У этого устройство тот же недостаток.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства для вычисления элементарных функций при обработке массивов данных.Поставленная цель достигается тем,что в конвейерное устройство для вычисления элементарных функций, содержащее четыре регистра, первый блок умножения, первый сумматор и три блока памяти, причем выход первого регистра соединен с входом первого блока пам 1 ти, выход первого сумматора подключен ко входу второго регистра, выход которой, 15го является выхоаом устройства, входы первого и третьего регистров соединены с входом устройства, введены одиннадцать регистров, второй блок умножения, второй сумматор и олок синхронизации, причем входы четвертого, пятого и шестого регистров соединены соответственно с выходами первого регистра, первого блока памяти и третьего регистра, вхоаыседьмого, восьмогс, девятсго и цосятогорегистров соединены соответственно с выходами четвертого регистра, второго блока памяти, первого блока умножения ишестого регистра, второго блока памяти,первого блока умножения и шестого регистра, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения,второй вход которого подключен к выхоцу пятого регистра. Вход второго блока 1 Опамяти соединен с выхопом четвертогорегистра, входы одиннадцатого, двенаццатого и тринадцатого регистров соецинены соответственно с выходами седьмого, песятого регистров и второго сумматора, первый и второй входы которого подключены соответственно к вьгхоцам восьмого и девятого регистров, Вьход одиннадцатого регистра через третий блок памяти соединен с входом четыр- щнадцатого регистра, выхоп которого соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого через пятнадцатый регистр подключен к выходувторого блока умножения, первый и вто- дрой входы которого соединены соответственно с выходами двенадцатого и тринадцатого регистров, Выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами всех регистров, первый вход блокасинхронизации является входом величинымассива устройства, а второй - входомзапуска,Блок синхронизации содержит счетчикмассива, триггер, генератор импульсови элементы И и ИЛИ-НЕ, причем установочный вход счетчика массива соединенс первым входом блока синхронизации,выходы разрядов счетчика массива соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ вы 40хоц которого соединен с первым входомтриггера, второй вход которого соединен совторым входом блока синхронизации, Выхоптриггера подключен к первому вхопу элемента И второй вход которого соединен с вы 345ходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с выходом блока синхронизации и счетным входом счетчикамассива,Блок-схема устройства представленана фиг, 1; блок-схема блока синхрснизации - на фиг. 2. Устройство содержит регистры 1 - 15, блоки 16 - 18 памяти, блоки 19 и 20 умножения, сумматоры 21. и 22, блок 2 3 синхронизации.Блок 23 синхрсяизации содержит входы 24 и 25, выход 26, счетчик 27 масс:ивов элсмонт 11-1. 28, григ ссор,2 Эгт.нсчратор 30 импул с;се и элел 4 ент И 31.Устройство прсизопит вычис;лениепроизвольной функции Г ( /л ), 0 Х 1 поформуле ТейлораГ(1=Г(Х м) =г (Х )+дХ Р( )+дХГ" (Хо) /г =Г(Х,)+ дХ(Г-(Х.) + дх г" (х.) /г ) Здесь Х = О, Х .", Х 0,0 - число обО1" Кразованное старшими разрядами аргумента.Ь К=0.00 Х ". Х- число, обр аК+1зованное младшими разрядами аргумента,Погрешность этой формулы можно сделать выходящей за препелы разряднойсетки за счет соответствующего выборапараметра К. Значения г(Хо), Г (Хо),Г (Хо)/2 находятся табличным преобразованием аргумента Хср,Устройство работает следующим образом.В первом такте в регистр 1 записывается число )(с, а в регистр 2 - число1 Х. По значению Х, поступающему изрегистра 1, в блоке 16 формируется знакчение 1- (Хо)/2. Во втором такте этозначение записывается в регистр 4, в регистр 3 записывается значение Х, из регистра 1, а в регистр 5 записываетсязначение АХ из регистра 2, По содержимому регистра 3 в блоке 17 формируется значением- (Хо). Одновременно на блоке умножения 19 поступает значение ьХиз регистра 5 и умножается на содержимое ре гис тра 4.В третьем такте сформированное на блоке умножения выражение ЛХГ (Х) /2 записывается в регистр 8, а в регистр 7 записывается значение (Мо) из блока 17, а в регистры 6 и 9 перезаписывается содержимое регистров 3 и 5 соответственно, По поступающим из регистров 7 и 8 значениям в сумматоре 21 формируется выражение Г ( Хо) + б Х Г (Хо) /2.В четвертом такте это значение записывается в регистр 11, в регистры 10 и 12 переписываются значения регистров 6 и 9 соответственно. В блоке 18 по поступающему из регистра 10 значению Моформируется выражение Г (Хо). Одновременно на блок умножения 20 поступает значение регистра 11, где умножаетц,(2832 5 ЬВидно, что при обработке массивовра 12,чисел предлагаемое устройство выгодноВ пятом такте число, сформированное отличается от прототипа. По сравнениюна блоке мнокения 20 з-.У записывается в с прототипом быстродействие увеличенорегистр 14, в регистр 13 записываетсявзначение с выхода блока 18. Содержимое Т 1 2 Ж ЬЬ% +СУМ+УМН )этих регистров поступает на сумматор 22, ТУмнв котором формируется выражение Г (Хо)+еох(Г (о)емГ(Хо) /2), е.е. еокомое оке " -- е 2.кфвыь+с мчение фукции Г(К)фгумнВ шестом такте это значение записыва- Если использовать для построенияется в регистр 15 и из него пост пает напоступает на данного устройства элементы 155 сериивыход устройства, и обрабатывать на нем 16-разрядныеТактовые импульсы, поступающие наерегистры устройства, вырабатываются и бло-фке синхронизации 23, который работает Сую - р,ыБ -ЮОНс Ь Умн -200 Нс иследующим образом. Перед началом об ЯОО Нсработки массива чисел и в счетчике мас- т 4сива 27 по входу 24 поступает число,20 О нсравное длине массива. По сигналуПуск, фй Ф о р м у л а и з о б р е т е ц и япоступающему на триггер 29 по входу25, этот триггер устанавливается в 1. Конвейерное устройство для высостояние "1, и сигнал с его выхода числения элементарных фукций, содерразрешает прохождение тактовых импуль- жащее четыре регистра, первый блоксов через элемент И 1 с генератора умножения первый сумматор и три блоимпульсов 30. С выхода элемента И 31 ка памяти, причем выход первого ретактовые импульсы поступают на регист- гистра соединен со входом первого блс. Ры устройства с выхода 26, управляя ка памяти, выход первого сумматоразаписью информации в эти регистрьь С подключен ко входу второго регистра,поступлением каждого тактового импуль- Зф выход которого является выходом устса в устройстве происходит сдвиг ин- ройства, входы первого и третьего реформации на одну ступень вниз, Однов- гистров соединены с входом устройства,ременно тактовые импульсы с элемента о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сИ 31 поступают на счетчик массива 27, целью повышения быстродействия, в неи с поступлением каждого импульса из 33 го введены одиннадцать регистров, втосодержимого счетчика вычитается еди- рой блок умножения второй сумматорница. Как только содержимое счетчика и блок синхронизации, причем входыстанет равным нулю, т.е. массив чисел четвертого, пятого и шестого регистровобработан, на выходе элемента ИЛИ-НЕ соединены соответственно с выходами28 появляется сигнал, сбрасывающий первого регистра, первого блока памятитриггер 29 в состояние "0", а сигнал и третьего регистра, выходы седьмого,с выхода триггера запретит прохождение восьмого, девятого и десятого регистровтактовых импульсов через элемент И соединены соответственно с выходами31 на регистры устройства. четвертого регистра, второго блока паУстройство работает по конвейерномумяти, первого блока умножения и шеспринципу. В каждом такте в него вво- того регистра, выход которого соединендится новый операнд и с его выходов с первым входом первого блока умножеснимается новый результат. Быстродей- ния, второй вход которого подключен кствие устройства при обработке масси- выходу пятого регистра, вход второговов чисел определяется длительностью О блока памяти соединен с выходом четФтакта, которая равна задержке в наибо- вертого регистра, входы одиннадцатого,лее медленной ступени устройства, Та- двенадцатого и тринадцатого регистровкой ступенью в данном устройстве яв- соединены соответственно с выходамиляется блок умножения. Поэтому быстро- седьмого, десятого регистров и второгодействие устройства равно Т= -5 4;умматора, первый и второй входы котоБыстродействие же прототипа не Рого подключены соответственно к выхопревыш ает дам восьми о и девятого регистров, выТ:2 Йход одиннадцатого регистра через третийВЬ)6, СУм, умн).+1блок памяти соединен с входом четыр 888132надцатого регистра, выход которого соединен .с первым входом первого сумматора, второй вход которого через пятнадцатый регистр подключен к выходу второго блока умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами двенадцатого и тринадцатого регистров, выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами всех регистр . ров, первый вход блока синхронизации является входом величины массива устройства, а второй - входом запуска.2. Устройство по п 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок синхронизации содержит счетчик массива, триггер, генератор импульсов и элементы И и ИЛИ-НЕ, причем установочный вход счетчика массива соединен с первым входом блока синхронизации, выходы разрядов счетчика массива соединены с входами элемента ИЛИ НЕ, выход которого соединен с первымвходом триггера, второй вход которогосоединен со вторым входом блока синхронизации, выход триггера подключен к первому входу элемента И, второй входкоторого соединен с выходом генератораимпульсов, выход элемента И соединенс выходом блока синхронизации и счетным входом счетчика массива,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Мэ 674032, кл. 606 Р 15/34 1979. 2 Заявка Мо 2416788,кл. 606 Е 1/02, 20,04.77 (прототип).Заказ 10726/14ВНИ Тираж 748 Под ИПИ Государственного комите по делам изобретения и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб., сноеа СССРытий4/5 Составитель Т. ШелобатоваРедактор Б. Федотов Техред А. Бабинец Корректор Е. Рошк